Provozní podmínky fotovoltaických systémů

Transkript

1 Provozní podmínky fotovoltaických systémů

2 Pro provoz fotovoltaických systémů jsou důležité Orientace fotovoltaického pole vůči Slunci Lokální stínění Teplota PV pole

3 P Pevná konstrukce (orientace, sklon) h Jihovýchod Jih Jihozápad Čas (hod) Za jasné oblohy G B ( t) sin ( t) cos ( t)cos ( t) v h

4 Energie dopadlá na plochu skloněnou o úhel při jasné obloze HT,den,teor [kwh/m 2.den] měsíc Vlivem oblačnosti se v zimních měsících zvyšuje podíl difúzního záření

5 Systém se sledovačem Otáčení kolem jedné osy G G B B ( t) ( t) sin ( t) 1 sin ( t) cos ( t) v cos ( t) h

6 Systém se sledovačem Dvouosé natáčení FV pole G B ( t) sin ( t) Systémy se sledovačem mohou získat až o 30% více energie oproti systémům s pevnou konstrukcí

7 Porovnání různých konstrukcí (v podmínkách ČR)

8 Údaje o intenzitě dopadajícího záření

9

10 Lokální stínění Může vzniknout: při znečištění modulu stíny vržené různými předměty v okolí stíny vržené jinými částmi instalace

11 Nehomogenní ozáření sériově zapojených článků (řetězců) bez překlenovacích diod Zastíněný článek omezuje proud

12 Nehomogenní ozáření při aplikaci překlenovacích diod Jestliže celkový proud I je větší, než proud nakrátko článku 2, teče proud překlenovací diodou D 2

13 Vliv překlenovacích diod na V-A charakteristiku částečně zastíněných modulů Bez diod S diodami

14 Znečištění PV modulů I relativně malé znečištění ovlivňuje V-A charakteristiku modulu poloha 1 poloha 2 poloha 3

15 Vzdálenost jednotlivých částí PV pole Obvykle se uvažuje a = 16 Směrové složky ozáření: Difuzní složky ozáření: stíněná část viditelné oblohy stín pro α s < α sh jih H sh S hor αsh γ γ s α s horní hrana předchozí řady H sh -sinβ(t edge +l x ) S hor +cosβ(t edge +l x ) S sky a sh,x S sh,x rovina FV panelů l x 0 b

16 souč. snížení výkonu, pred [-] souč. snížení výkonu, pred [-] Pokles výkonu modulů při částečném zastínění c-si modul: 3 překlenovací diody 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 1,00 0,81 0,65 horizontální uložení 0,64 0,63 0,55 0,29 0,27 0,30 0,16 0, stíněné články, n cell,sh [ks] 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 1,00 0,85 vertikální uložení 0,68 0,24 0,21 0,20 0, stíněné články, n cell,sh [ks]

17 souč. snížení výkonu, pred [-] souč. snížení výkonu, pred [-] Tenkovrstvé moduly (a:si, CdTe, CIGS) Obvykle nemají překlenovací diody 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 1,00 stínění napříč články p red = 1-0,87 λ sh 0,13 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 bezrozměrná délka stínu, λ sh [-] 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 1,00 0,27 0,16 0,17 0,16 stínění po článcích (články do série) 0, stíněné články, n cell,sh [-]

18 Lokální stínění - může výrazně snížit účinnost FV systému

19 Problémy s částečným stíněním mohou být spojeny se zastiňováním sněhem

20 Při nehomogenním ozáření mohou být problémy s paraleleně spojenými moduly V případě malé zátěže může dojít k přepólování méně ozářeného modulu (řetězce). Jako prevence se proto často zařazují blokovací diody

21 I (A) Vliv teploty na VA charakteristiku I 01 ~ U Je proto n OC 2 i kt e BT I ln 3 PV I 01 Wg exp kt U OC 0 T Pro c-si fotovoltaické články pokles U OC je okolo 0.4%/K 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 V (V) 25 C 35 C 45 C 55 C 65 C 75 C 85 C 95 C V(mV) R s roste s rostoucí teplotou R p klesá s rostoucí teplotou P m (W) Činitel plnění FF a účinnost s rostoucí teplotou klesají FF 0 0 T T V případě c-si 1 1 T 0.5% K teplota ( C)

22 Provozní teplota FV článků a modulů Provozní teplota FV článků v modulu závisí na teplotě okolí. Intenzitě dopadajícího záření na na konstrukci modulu NOCT (Nominal Operating Cell Temperature) je definována jako teplota článků T c při teplotě okolí T a = 20 C. intenzitě slunečního záření G = 0.8 kwm 2 a rychlosti větru 1 ms 1. r thcab db b T c 1 h b T a r r thcaf thca G d f f ab 1 h f r thca r r thcaf thcaf r r thcab thcab Na zadní straně modulu je možno měřit teplotu modulu T mod T c T mod T G G SCT

23 norm. teplota článků, θ cell - θ e [ C] Nárůst teploty c-si FV článků nad teplotu venkovního vzduchu v závislosti na ozáření a rychlosti větru rychlost větru, w [m/s] ozáření [W/m 2 ]

24 V reálných podmínkách se rozdíly v pozici PV modulů (může být různá rychlost proudění vzduchu) projeví v nehomogenním rozložení teploty ve fotovoltaickém poli Rozložení teploty na PV poli na střeše budovy slunný zimní den

25

26 Pokud řetězec pracuje v MPP I = I mp U modulů z krystalického křemíku I mp prakticky nezávisí na teplotě P mp I n mp i 1 V mp ( Ti ) nimpvmp( TAV ) T AV je střední hodnota teploty článku

27 Paralelní řazení řetězců V případě rozdílné teploty nemohou paralelně spojené řetězce pracovat v MPP modulů Účinnost klesá a vliv paralelního spojení modulů (řetězců) s různou teplotou se projeví poklesem účinnosti o cca 0.15% na C teplotního rozdílu

28

29 Jiným indikátorem poruch je zvýšená teplota Místa se zvýšenou teplotou buď nepracují, nebo jsou přetěžována

30 Životnost modulů Doba od počátku výroby elektrické energie do momentu, kdy výkon klesne pod 80% nominální hodnoty Stárnutí degradační procesy Stabilised efficiency C-Si Decrease of glass and EVA transprarency, corrosion effects Thin films Thermo-mechanical stress (adhesion and cohesion of interfaces) Transparency of encapsulation, corrosion effects 59

31 Problémy spolehlivosti Vlivem prostředí dochází ke stárnutí a následně k poklesu účinnosti pokles transparentnosti skla pokles transparentnosti EVA (hnědnutí) nárůst sériového odporu degradace jednotlivých vrstev struktury článků cíl: zvýšit životnost modulů > 30 let 61

32 Diagnostics Hlavní typy poruch Typ poruchy Koroze Přerušení spojů článků, zlomené články Snížení transparentnosti krycích vrstev - Znečištění povrchu - Prach - Zabarvení plastových vrstev Nepřizpůsobení Stárnutí materiálů (struktura PV článků) Možný vliv na VA charakteristiku Nárůst R s snížení FF Nárůst R s, zlomy na charakteristice snížení FF, efekt podobný částečnému stínění Snížení maximálního výkonu Snížení FF, částečné stínění Snížení maximálního výkonu Snížení maximálního výkonu, snížení FF, Částečné stínění Snížení FF Snížení maximálního výkonu, snížení FF Nárůst sériového odporu je nejčastější příčinou degradace parametrů modulů 32

33 STÁRNUTÍ c-si FV MODULŮ A POKLES VÝKONU Thin Films pokles - 0,5 %/rok životnost > 30 let ISAAC, venkovní testovací pole Zdroj: New Energy Options Inc. instalace z roku ISAAC, instalace z roku 1982